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基于故障多元
信息
的新型保护系统关键技术
与
应用
一、立项背景 继电保护是保障电网安全运行的第一道防线。自上世纪80年代微机保护应用以来,历经多次更新换代,我国继电保护技术一直处于世界先进水平,为保障电网安全做出了突出贡献。随着智能电网的发展、超/特高压远距离输电大通道的建设、区域电网的广泛互联和波动性新能源的规模化接入,我国已建成世界上规模最大、结构最复杂的电网。电网的快速发展给继电保护带来了严峻挑战: 1、后备保护方面,由于电网结构复杂,运行方式多变,造成后备保护定值更难整定,保护选择性和灵敏性的矛盾更加突出,保护拒动误动风险并存。国内已发生多起类似“6.18”西安南郊站,因后备保护灵敏性不足拒动,造成变压器烧毁的重大事故;国际上屡屡发生的因潮流转移过负荷,后备保护误动引发的如美加“8.14”、印度“7.30”等大停电事故,也不断地对我国电网敲响警钟。 2、主保护方面,超/特高压电气设备结构复杂、线路距离长,短路电流变化大,造成主保护对变压器匝间短路、线路高阻接地等轻微故障的反应灵敏性下降。“11.22”济南特高压泉城站变压器爆炸正是由于保护对起始发生的轻微故障未能灵敏切除,引起事故扩大,造成了重大人员伤亡和财产损失。 这些问题已成为我国电网安全运行的重大隐患!问题的症结在于传统保护仅利用设备自身的电气量信息,在复杂电网环境下,保护反应的电气量在故障和非故障间差异变小甚至混叠,依靠定值配合无法保证保护可靠正确动作。不改变传统保护工作模式,仅对保护判据进行修正或调整定值,只能在一定程度上单方面地解决保护拒动或误动的问题。 二、发明思路 突破保护仅利用设备自身信息的限制,综合利用站间保护关联逻辑量、站域故障全过程电气量等信息,对后备保护、主保护、系统构成模式进行全面创新,构建“站域集中-站间分布式”新型保护系统。 图1 技术发明总体思路 三、发明方案 技术发明点1:基于站间逻辑量信息一致性特征的后备保护技术 传统后备保护既存在对相邻元件故障反应能力不足,保护拒动的问题,又存在受过负荷和系统振荡影响,保护误动的问题。针对上述问题,该项目发明了保护关联关系在线快速跟踪和可靠性校核方法;创造性地将故障的空间分布特征映射为站间的保护关联逻辑量信息,首创了基于站间逻辑量信息一致性特征的后备保护技术,攻克了保护不误动和不拒动无法兼顾的难题。 发明点1.1:发明了保护关联关系在线快速跟踪和可靠性校核方法,为保护可靠利用站间信息奠定了基础。 快速跟踪和可靠识别电网拓扑的变化,确定保护的关联关系,是保护利用站间信息首先要解决的关键问题。发明了保护关联关系在线快速跟踪和可靠性校核方法,关键技术包括:1)提出了基于虚拟阻抗矩阵的保护关联关系分析方法,创造性地将开关状态虚拟为支路阻抗并构建节点虚拟阻抗矩阵,在线微调矩阵元素即可实现开关状态的快速跟踪,跟踪时间由秒级缩短至毫秒级,为后备保护快速动作提供了可靠保障;2)发明了电气量和开关量信息双重约束的关联关系可靠性校核方法,首次将电气量信息引入保护关联关系识别,通过开关量信息和电气量信息实时匹配校验,实现了保护关联关系的可靠在线校核。 发明点1.2:首创了基于站间逻辑量信息一致性特征的后备保护技术,攻克了保护不误动和不拒动无法兼顾的难题。 电流元件、方向元件、阻抗元件等保护逻辑量信息,蕴涵着故障方向、故障范围等故障直接特征,并且信息交互简单、可靠。根据不同位置保护逻辑量反应故障的差异化特征,发明了基于站间逻辑量信息一致性特征的后备保护技术。关键技术包括:1)首次将电网故障的空间分布特征映射为保护逻辑量信息,按近后备和远后备灵敏性要求设定保护范围,实现了逻辑量信息与故障分布特征的关联和匹配,解决了保护强依赖定值的问题;2)首创了基于站间逻辑量信息一致性特征的后备保护技术(如图2所示)。利用逻辑量对故障反应的交叉重叠特征,根据动作一致性原则,既实现了故障设备的快速准确识别,又从根本上攻克了系统振荡及过负荷造成保护误动的难题。 基于站间逻辑量信息的后备保护技术可实现近后备保护全范围速动,远后备保护延时由1.5s以上缩短至0.5s以内;在原理上保证了对相邻元件故障反应的灵敏性,避免了后备保护拒动导致的重大事故发生;不受系统振荡和过负荷影响,避免了保护误动引发的连锁跳闸和系统性事故发生。 图2 基于站间逻辑量信息一致性特征的后备保护技术 技术发明点2:基于故障模型参数异变特征的主保护技术 现有电气设备主保护仅反应故障外在表现特征,在变压器匝间短路及线路高阻接地等轻微故障情况下,外部故障与内部故障特征差异不明显,易造成保护拒动。为解决上述问题,该项目基于故障的物理本质特征,揭示了故障导致电气设备模型参数变化的机理,利用故障全过程电气量信息,构建了可灵敏反应设备参数变化的故障模型,发明了基于故障模型参数异变特征的主保护技术,显著提升了对轻微故障的反应能力。 发明点2.1:首创了可反应变电站电气设备参数变化的故障模型,从物理本质上消除了非故障因素对主保护灵敏性的影响。 突破主保护仅反应故障外在表现特征的局限,利用设备故障全过程全相电气量信息,建立了对故障高灵敏而对非故障不敏感的模型。关键技术包括:1)发明了基于线路压降-阻抗联合分布的故障网络模型,建立了线路阻抗、过渡电阻及分布电容压降之间的幅值、相位关联关系,创建了仅保留线路阻抗压降分布情况的故障网络模型(如图3所示);2)发明了基于电压磁链方程的变压器故障模型,建立了变压器高、中、低压各侧绕组电压与主磁链、漏磁链的等值平衡关系,消除主磁链的非线性成分,建立了仅反应漏磁链变化的变压器故障模型(如图4所示),从原理上摆脱了分布电容电流、负荷电流、励磁涌流等非故障因素的影响。 发明点2.2:发明了基于故障模型参数异变特征的主保护技术,实现了保护对轻微故障反应能力的大幅提升。 利用站域故障全过程电气量信息,反应故障前后模型参数的变化情况以及三相不一致程度,发明了基于故障模型参数异变特征的主保护技术。关键技术包括:1) 发明了基于阻抗压降变化特征的线路主保护技术,构建了线路压降-阻抗参数关联矩阵,通过实时追踪矩阵中各元素的变化量以及元素间的差异,准确识别故障线路及故障位置(如图5所示);2) 计及CT误差、变压器有载调压对保护的影响,实时计算各相等效漏感参数的突变量及不一致程度,发明了基于等效漏感参数变化特征的变压器主保护技术(如图6所示),显著提升了保护对变压器轻微匝间短路识别的灵敏性。 基于故障全过程电气量信息的主保护技术可以做到变压器匝间短路识别死区由5%降至2%,500kV线路接地故障过渡电阻反应能力由300Ω提升至1000Ω,故障定位误差由5%下降至1.3%。实现了对电气设备轻微故障的灵敏切除,可有效避免事故扩大造成的重大人员伤亡和财产损失。 技术发明点3:站域集中-站间分布式新型保护系统 构建基于故障全过程逻辑量、电气量信息的新型保护系统是对百年历史继电保护模式的重大变革,除满足复杂电网对继电保护的要求外,还需要考虑工程实现的可行性、应用场景的适用性和运行维护的便利性等重大工程应用问题。该项目首创了站域集中-站间分布式的新型保护系统构成模式,实现了与传统保护的有机衔接,可灵活组态适用各种电网应用场景;发明了基于时间序列特征和电气量物理约束的数据校核技术、基于保护关联关系的数据自适应替代技术,为新型保护系统信息交互提供了可靠保障。 发明点3.1:首创了站域集中-站间分布式的新型保护系统构成模式,奠定了新型保护系统在不同电压等级电网推广应用的基础。 该项目创建了“站域集中-站间分布式”的新型保护系统(如图7所示),实现了发明点1和2技术的工程推广应用。关键技术包括:1)发明了以间隔为基本单元的站域集中-站间分布式保护构成模式。间隔单元做到“即插即用”,扩展性强,可灵活组态适用各种电网应用场景;站域主机实现对站内信息的融合与优化利用;相邻站域主机虚拟为变电站间隔单元,实现站间分布对等交互信息。该模式通信链路清晰简捷,易于工程实现;2)发明了新型保护系统与传统保护的集成与自适应转化技术。新型保护系统在传统保护基础上集成故障全过程信息进化形成,在故障信息缺失的极端情况下仍具备传统保护功能。新型保护系统可充分传承传统保护成熟的运维经验,实现了与传统保护之间的有机衔接。 发明点3.2:发明了基于时间序列特征和电气量物理约束的数据校核技术、基于保护关联关系的数据自适应替代技术,保证了新型保护系统的可靠性。 基于新型保护系统构成模式,发明了站域、站间信息交互可靠性保障技术,实现了异常数据的实时校核与缺失数据的自适应替代。关键技术包括:1)发明了基于时间序列特征和电气量物理约束的数据校核技术,在线修正异常采样数据,解决了电气量在采样或传输中出现畸变而影响保护动作性能的难题;2)发明了基于保护关联关系的数据自适应替代技术,在间隔单元CT断线、PT断线等信息源丢失情况下,通过数据互补重构实现缺失数据的自适应替代,保证了保护功能的完整性,有效提升了保护的可靠 四、创新性成果 该项目攻克了传统保护不误动、不拒动无法兼顾的难题,取得了以下关键技术突破: 1、基于站间逻辑量信息一致性特征的后备保护技术,保护最长动作时间缩短至500ms以内,彻底解决了远后备保护拒动,以及受系统振荡和过负荷影响误动的问题; 2、基于故障模型参数异变特征的主保护技术,显著提升了保护对轻微故障的反应能力; 3、站域集中-站间分布式新型保护系统,实现了保护技术在不同电网场景下的广泛应用。
华北电力大学
2021-05-10
重点区域行人导引
信息
服务技术研究
与
示范应用
项目是北京市交通运行监测调度中心牵头多家合作单位共同承担的交通运输部信息化技术研究项目,应用于交通领域。旨在分析重点区域行人导引需求,研发区域行人交互式导引服务技术,在枢纽内行人可能面临决策的关键位置,设置信息导引点,通过智能终端实现定制化、交互式行人导引服务。研发用于行人定位导引的导引点设备、WiFi设备,并进行定制加工,在大型交通换乘枢纽开展测试验证和示范应用,提高导引服务的实时性和精准化水平。研究面向复合目标优化的一体化出行智能决策支持技术,实现面向出行链的多方式无缝衔接和动态诱导。
电子科技大学
2021-04-10
基于IPv6的物联网云接入
与
信息
服务技术
已有样品/n该项目从生活出发,通过用户思维、体验思维、平台思维和创新思维,给用户提供在家居空间的智能生活,重构出一种新形态的绿色生活方式。特色:1) 绿色,采用“光”的形式将家居设备连入互联网,不存在射频对人体的影响等问题;2)隐私性,“光”不能穿透墙壁,保证了智慧家居数据的安全性; 2)强壮的接入能力, 采用IPv6 技术,允许为每个接入的设备或传感器分配一个全球唯一的地址,可在互联网上直接访问具体的家居设备。该项目有如下成果:1)开发了IPv6 路由器端通信连接器,IPv6路由器完成和云服务的数
华中科技大学
2021-01-12
一种多源异构在线社会
网络
中
网络
主体之间社会关系的预测方 法
与
系统
本发明的主要工作是基于多源异构网络推断主体(用户)之间的社 会关系(包括同类型之间或不同类型之间的主体关系,本发明中只以用 户为例)的方法,异构网络是指网络中主体类型多种或者主体之间的关 系类型多种,关系可以分为好友和其他两种。主要内容包括在两个(例 如 Twitter 网络、通讯网络)异构网络中,两个网络的主体类型都包含有 用户,但不同网络中主体之间的关系链接类型是不同的在 Twitter 网络 中用户之间的关系是
华中科技大学
2021-04-14
国际河流
与
生态
安全
研究院孙璟睿副教授在Nature Water发文综述河流障碍物检测的发展历程
研究团队全面对比了现有的河流障碍物检测方法(记录、计数和分类),包括实地调查、建模模拟、自动化检测等。研究表明,不完整的障碍物数据库,特别是当大量的小型障碍物数据缺乏时,会导致水资源管理不可靠和低效的生态修复效率。
云南大学
2025-02-07
高温超导电动悬浮列车静悬试验台超导磁体的自由度控制
与
安全
防护系统研究
技术成熟度:技术突破 1.原理:结合磁浮列车极端运行工况,充分考虑运行环境的强磁场,深入研究机-电-磁耦合机制,精确调节磁体悬浮姿态,以实现超导磁体在液氮温区(-196℃)自稳定悬浮。 2.创新点: (1)研发国产化低功耗悬浮控制模块,能耗较进口设备降低35%; (2)突破-196℃环境下多系统协同控制技术,填补国内工程化应用空白。 3.应用场景: (1)高速磁浮列车静悬试验台 (2)精密仪器运输平台 (3)航空航天地面测试装备 4.应用案例:前期开发的自由度控制系统,已被合作团队应用且效果较好。
长春工业大学
2025-05-20
3D校园
安全
教育资源库/运动
安全
/交通
安全
等
为了提高中小学生安全防范意识,提升安全教育知识水平,针对中小学常见安全问题,云幻科教以生动有趣的卡通形象为主人公,通过3D虚拟技术进行模拟不同安全场景,引导学生正确安全行为。3D校园安全教育资源库,包含运动安全、交通安全、电梯安全、意外防范、安全救护等内容。 3D校园安全教育资源库中,每部资源时长在2-7分钟,包含安全情景引入、错误行为禁止、正确行为引导、安全知识小结四部分内容。通过3D校园安全教育资源学习,能有效吸引学生兴趣,让学生知道哪些行为可以做,哪些行为不可以做,遇到危险情景该如何应对,有效提升学生的安全知识水平。
云幻教育科技股份有限公司
2021-08-23
广东顺德宙思
信息
科技有限公司
广东顺德宙思信息科技有限公司成立于2016年,是一家三维虚拟仿真交互软件研发设计的国家高新技术企业,致力于为各行业提供数字孪生、XR虚拟仿真教育实训软件、3D数字化营销(3D动画、3D虚拟展厅、3D产品展示、3D营销小程序等)等系统开发综合解决方案服务商。产品广泛应用于数字化工厂、智慧城市、智慧园区、展览展会、高职院校、工业培训、产学研究等众多领域。
广东顺德宙思信息科技有限公司
2025-06-02
内地
与
港澳大学校长圆桌会在香港举行
积极支持内地与港澳大学联合成立生命科学开放联盟,创办世界一流科技期刊,发起和参与国际大科学计划。
微言教育
2025-08-13
类脑神经
网络
处理器芯片设计
与
应用研究
一、项目简介 随着AlphaGo及其Zero的相继推出,近年来以神经网络计算为基础的深度学习及相关优化算法已成为人们研究AI的热点。深度学习算法在AlphaGo中的成功应用主要是依赖神经网络监督学习的网络层次及神经元数量提升,而其Zero的应用不同则是在于引进了博弈优化的思想,这就给以并行计算为核心的神经网络优化算法理论研究提供新的思路。 鉴于传统神经网络优化算法面临非全局优化的难题,我们基于吉布斯分布采样优化计算,提出一种以脉冲神经元构成的混合网络结构动力学系统来实现的神经网络全局优化算法,引进纳什平衡理论来优化的神经网络计算方案,并设计一款相应的通用神经网络并行处理器芯片,以新型芯片编程架构模拟人脑功能进行感知、行为和思考新型芯。 二、前期研究基础 本团队主要是由厦门大学福建省集成电路设计工程技术研究中心、厦门大学集成电路设计与测试分析福建省高校重点实验室的教师与学生组成的,主要从事人工智能、网络通讯、集成电路设计、纳米单电子器件等方面的研究工作,并积累了深厚的研究基础。团队首席科学家郭东辉教授十多年前曾在美国加州Berkeley 大学非线性电路实验室访问,从事有关细胞神经网络(CNN)有关课题的研究,先后主持国家自然科学基金项目五项,其中与神经网络研究内容相关的有两项,分别是《视觉神经网络光电集成系统的研究》(批准号:69686004)和《混沌神经网络加密算法及其相应集成电路的设计研究》(批准号:60076015)。 本团队同时也是厦门市集成电路设计公共服务平台的主要技术支撑单位。在厦门市科技重大专项经费的支持下,我们配备了开展模拟及数字SOC 芯片设计所需要的各种EDA 工具和IC 测试设备。此外,厦门集成电路设计公共服务平台也是TSMC、SMIC 等芯片制造厂重要合作伙伴,并与厦门联芯、三安集成等芯片制造厂也有长期的合作协议,可以进行包括射频及功率芯片在内各类模拟及数字SOC 芯片的设计流片。同样,在学校211 和985 经费的支持下,本团队也独立配备了8 台IBM 服务器分别运行MATLAB、OPNET、SPW、ANSYS、Silvaco TCAD 等系统设计与器件工艺仿真工具。本团队所在的微电子与集成电路学科也已列入我校“双一流”建设学科,有关类脑芯片设计相关课题研究所需要的科研环境建设将得到重点支持。特别是厦门联芯公司在量产后,已将本团队作为其先导技术开发的重要合作伙伴,也委托我们开发相应的器件模型及电路工艺库。在厦门火炬高新区及厦门市IC 平台的支持下,厦门联芯公司还可以为我们团队提供免费的MPW流片业务。 自2009年,本团队与福建新大陆电脑股份有限公司签署 “共建SoC联合实验室”以来,基于该平台,每年合作项目经费近百万,同时还完成了多项横向合作项目:面向金融、税控的专用信息处理与控制SoC芯片开发、安全密码算法研究、区块链接技术研究等等,培养了大批优秀的硕士毕业生;厦门市美亚柏科信息股份有限公司是本团队的长期合作伙伴之一。 总之,不管从算法理论研究还是从应用技术开发来看,本课题组已具备相当优秀的研究基础和研究经验,以及显著的前沿技术攻关能力。 三、应用技术成果我们的相关研究成果也得到企业界的重视和肯定,课题组先后承担过如深圳 华为公司首歀交换芯片项目的调度算法设计、福建新大陆首款二维码识别芯片的算法及后端版图综合设计、台湾盛群公司首款32 位处理器及专用处理器编译器开发和厦门元顺公司多款电源管理芯片的设计。最近课题组还为我国某研究机构开发28nm 的低功耗设计流程专门设计一款挂载加可重构解密算法协处理器的32 位通用处理器验证芯片。
厦门大学
2021-04-11
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